JP2021131278A - Hetero-core optical fiber sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヘテロコア光ファイバセンサ装置に関する。 The present invention relates to a heterocore optical fiber sensor device.
近年、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なる一方、該光伝送部のコアと異なる直径のコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備えるヘテロコア光ファイバを各種センサに用いることが検討されている。 In recent years, various types of heterocore optical fibers have an optical transmission unit having a core and a clad, and a heterocore unit having a core and a clad having a diameter different from that of the core of the optical transmission unit while being connected to the core and the clad of the optical transmission unit, respectively. It is being considered for use in sensors.
従来、ヘテロコア光ファイバを用いるヘテロコア光ファイバセンサ装置として、例えば、前記ヘテロコア部の前記クラッドの外周面に水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなる光応答部を備える光ファイバ水素センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a heterocore optical fiber sensor device using a heterocore optical fiber, for example, an optical fiber hydrogen provided with an optical response portion in which nanoparticles of a hydrogen storage substance are fixed in a sparse state on the outer peripheral surface of the clad of the heterocore portion. Sensors are known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１記載の光ファイバ水素センサでは、光を受けたときの前記光応答部の応答、例えば光伝送部からヘテロコア部のクラッドに進入する光の外部に漏洩する割合が、該光ファイバの周囲の水素濃度に応じて変化する。そこで、前記光ファイバ水素センサによれば、前記ヘテロコア部における所定波長の光の吸収度合（ひいては、光ファイバでの所定波長の光の伝送強度の減衰度合）を検出することにより、該光ファイバの周囲の水素濃度を検知することができる。
In the optical fiber hydrogen sensor described in
しかしながら、従来のヘテロコア光ファイバセンサ装置では、特定の化合物又は該化合物の濃度を検知の対象とするだけであり、単一の装置で複数の化合物を検知の対象とすることが困難であるという不都合がある。 However, in the conventional heterocore optical fiber sensor device, only a specific compound or the concentration of the compound is targeted for detection, and it is difficult to detect a plurality of compounds with a single device, which is an inconvenience. There is.
本発明は、かかる不都合を解消して、単一の装置で複数の化合物を検知の対象とすることができるヘテロコア光ファイバセンサ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heterocore optical fiber sensor device capable of eliminating such inconveniences and detecting a plurality of compounds with a single device.
かかる目的を達成するために、本発明のヘテロコア光ファイバセンサ装置は、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備え、該ヘテロコア部のコアが該光伝送部のコアよりも小径である光ファイバを備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置であって、該ヘテロコア部のクラッドの外周面に、負荷電性脂質からなる被覆膜を備え、該負荷電性脂質に作用する化合物を検知することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the heterocore optical fiber sensor apparatus of the present invention includes an optical transmission unit having a core and a clad, and a heterocore unit having a core and a clad connected to the core and the clad of the optical transmission unit, respectively. A heterocore optical fiber sensor device including an optical fiber in which the core of the heterocore portion has a diameter smaller than that of the core of the optical transmission portion, and a coating film made of a loaded electric lipid is provided on the outer peripheral surface of the clad of the heterocore portion. It is characterized in that it detects a compound that acts on the loaded electric lipid.
本発明のヘテロコア光ファイバセンサ装置では、前記光伝送部のコアを介して光を伝送すると、前記ヘテロコア部でクラッドに漏れ出した光が前記負荷電性脂質からなる被覆膜で反射する。このとき、前記被覆膜の周囲の外界に前記負荷電性脂質に作用する化合物が存在すると、該化合物の作用により該負荷電性脂質からなる該被腹膜の屈折率が変化し、この結果、該被覆膜で反射する光の強度が変化する。 In the heterocore optical fiber sensor device of the present invention, when light is transmitted through the core of the optical transmission section, the light leaked to the clad at the heterocore section is reflected by the coating film made of the loaded electric lipid. At this time, if a compound acting on the loaded electric lipid is present in the outside world around the covering film, the refractive index of the abdominal membrane composed of the loaded electric lipid changes due to the action of the compound, and as a result, the refractive index of the abdominal membrane composed of the loaded electric lipid changes. The intensity of the light reflected by the coating film changes.
そこで、本発明のヘテロコア光ファイバセンサ装置によれば、前記ヘテロコア部の前記被覆膜で反射する光の強度の変化を検出することにより、前記被覆膜の周囲の外界に存在する化合物を検知することができる。このとき、前記負荷電性脂質からなる前記被腹膜の屈折率の変化は、該負荷電性脂質に作用する化合物により異なるので、前記ヘテロコア部の前記被覆膜で反射する光の強度の変化度合により、複数の化合物を検知の対象とすることができる。 Therefore, according to the heterocore optical fiber sensor device of the present invention, a compound existing in the outside world around the coating film is detected by detecting a change in the intensity of light reflected by the coating film of the heterocore portion. can do. At this time, since the change in the refractive index of the peritoneum composed of the loaded electric lipid differs depending on the compound acting on the loaded electric lipid, the degree of change in the intensity of light reflected by the coating film of the heterocore portion is high. Therefore, a plurality of compounds can be detected.
本発明のヘテロコア光ファイバセンサ装置では、前記負荷電性脂質として、オレイン酸又はリン酸ジオクチルを用いることができる。 In the heterocore optical fiber sensor device of the present invention, oleic acid or dioctyl phosphate can be used as the loaded electric lipid.
また、本発明のヘテロコア光ファイバセンサ装置において、前記負荷電性脂質に作用する化合物として、キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼインからなる群から選択される１種の化合物を挙げることができる。 Further, in the heterocore optical fiber sensor device of the present invention, the compound acting on the loaded electric lipid includes a group consisting of quinine, cinchonidine, hydroquinidine, strychnine, gramine, papaverine, norlaudanocin, caffeine, deophylline, thiamine and daidzein. One compound of choice can be mentioned.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
図１に示すように、本実施形態のヘテロコア光ファイバセンサ装置１は、光伝送部２，２の間に挟まれた所定長のヘテロコア部３を有するヘテロコア光ファイバ４を備える。光伝送部２は、コア５ａと、コア５ａの外周面を被覆するクラッド６ａとからなるマルチモード光ファイバであり、ヘテロコア部３は、コア５ａより小径のコア５ｂと、コア５ｂの外周面を被覆するクラッド６ｂとからなるシングルモード光ファイバである。
As shown in FIG. 1, the heterocore optical
ヘテロコア光ファイバセンサ装置１は、ヘテロコア部３のクラッド６ｂの外周面に形成された負荷電性脂質からなる被覆膜７を備えている。前記負荷電性脂質としては、例えば、オレイン酸又はリン酸ジオクチルを用いることができる。
The heterocore optical
被腹膜７は、例えば、ヘテロコア部３のクラッド６ｂの外周面を濃度５〜２０ミリモルのポリリジン水溶液で処理して正に荷電させ、次いで該外周面に、水−エタノール容液に分散した前記負荷電性脂質を滴下して、２０〜２４時間放置することにより形成することができる。前記水−エタノール容液は、例えば、２．５質量％のエタノールを含み、該水−エタノール容液の全量に対し、例えば、１質量％の前記負荷電性脂質を含んでいる。
In the peritoneum 7, for example, the outer peripheral surface of the
図２に示すように、本実施形態のヘテロコア光ファイバセンサ装置１は、被検出部２１にヘテロコア光ファイバ４のヘテロコア部３を配置したときに、光ファイバ４の一方の端部にＬＦＤ等の光源２２を備え、光ファイバ４の他方の端部に例えばスペクトルアナライザ、分光器等の検出装置２３を備える。また、検出装置２３には、検出装置２３で検出された反射光の強度の変化度合いを解析するパソコン等の解析装置２４が接続されている。
As shown in FIG. 2, in the heterocore optical
本実施形態のヘテロコア光ファイバセンサ装置１では、光源２２から光伝送部２に導入された光を光伝送部２のコア５ａを介して伝送すると、ヘテロコア部３でそのクラッド６ｂに漏れ出た光が被覆膜７で反射する。このとき、被覆膜７の周囲の外界に前記負荷電性脂質に作用する化合物が存在すると、該化合物の作用により該負荷電性脂質からなる被腹膜７の屈折率が変化し、この結果、被覆膜７で反射する光の強度が変化する。
In the heterocore optical
前記負荷電性脂質に作用する化合物としては、例えば、キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼイン等の化合物を挙げることができる。 Examples of the compound acting on the charged electric lipid include compounds such as quinine, cinchonidine, hydroquinidine, strychnine, gramine, papaverine, norlaudanocin, caffeine, deophylline, thiamine, and daidzein.
そこで、本実施形態のヘテロコア光ファイバセンサ装置１によれば、ヘテロコア部３の被覆膜７で反射する光の強度の変化を検出装置２３で検出し、解析装置２４で解析することにより、被覆膜７の周囲の外界に存在する化合物を検知することができる。このとき、前記負荷電性脂質からなる被覆膜７の屈折率の変化は、該負荷電性脂質に作用する化合物により異なるので、ヘテロコア部３の被覆膜７で反射する光の強度の変化度合により、複数の化合物を検知の対象として識別することができる。
Therefore, according to the heterocore optical
次に、キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼインをそれぞれ１０ミリモルの濃度で含む１１種類の水溶液を調製した。 Next, 11 kinds of aqueous solutions containing quinine, cinchonidine, hydroquinidine, strychnine, gramine, papaverine, norlaudanosin, caffeine, deophylline, thiamine, and daidzein at a concentration of 10 mmol each were prepared.
次に、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１のヘテロコア部３を各水溶液に浸漬し、光源２２から波長範囲３６０-２０００ｎｍの白色光を光伝送部２に導入し、検出装置２３で各水溶液の純水に対する光損失を検出した。結果を図３に示す。また、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１を用いた以外は、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１の場合と全く同一にして、前記各水溶液の純水に対する光損失を検出した。結果を図４に示す。
Next, the
図３及び図４から、オレイン酸からなる被覆膜７又はリン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１によれば、前記キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼインについて、純水に対してそれぞれ異なる光損失が検出され、前記キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼインのそれぞれを識別できることが明らかである。
From FIGS. 3 and 4, according to the heterocore optical
次に、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１のヘテロコア部３を、純水、１０ミリモル−キニーネ水溶液、５０ミリモル−キニーネ水溶液にそれぞれ浸漬し、光源２２から波長範囲３６０-２０００ｎｍの白色光を光伝送部２に導入し、検出装置２３でそれぞれの純水に対する光損失スペクトルを測定した。結果を図５に示す。
Next, the
図５から、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１によれば、純水に比較すると、キニーネ水溶液に対する光損失が全体に増加することが明らかであり、さらにキニーネの濃度の増加に伴って光損失が全体に増加することが明らかである。
From FIG. 5, according to the heterocore optical
また、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１のヘテロコア部３を、純水、１０ミリモル−キニーネ水溶液にそれぞれ浸漬し、光源２２から波長範囲３６０-２０００ｎｍの白色光を光伝送部２に導入し、検出装置２３でそれぞれの純水に対する光損失スペクトルを測定した。結果を図６に示す。
Further, the
図６から、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１によれば、純水に比較すると、キニーネ水溶液に対する光損失が全体に増加することが明らかである。
From FIG. 6, it is clear that according to the heterocore optical
次に、キニーネ、シンコニジン、ヒドロキニジン、ストリキニーネ、グラミン、パパベリン、ノルラウダノシン、カフェイン、デオフィリン、チアミン、ダイゼインをそれぞれ１０ミリモルの濃度で含む１１種類の水溶液の純水に対する光損失の、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１による検出結果と、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１による検出結果とを重ねて、図７に示す。
Next, it consists of oleic acid, which is a photoloss of 11 aqueous solutions containing quinine, cinconidine, hydroquinidine, strikinine, gramine, papaverine, norlaudanosin, caffeine, deophylline, thiamine, and daizein at concentrations of 10 mmol each. The detection result by the heterocore optical
図７から、同一の化合物の水溶液であっても、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１と、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１とでは、純水に対する光損失の値が異なっており、オレイン酸からなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１の検出結果と、リン酸ジオクチルからなる被覆膜７を備えるヘテロコア光ファイバセンサ装置１の検出結果とを合わせることにより、特定の化合物をより確実に識別できることが明らかである。
From FIG. 7, even if it is an aqueous solution of the same compound, the heterocore optical
１…ヘテロコア光ファイバセンサ装置、 ２…光伝送部２、 ３…ヘテロコア部、 ４…光ファイバ、 ５ａ、５ｂ…コア、 ６ａ、６ｂ…クラッド、 ７…被腹膜、 ２１…被検出部、 ２２…光源２２、 ２３…検出装置、 ２４…解析装置。
1 ... Heterocore optical fiber sensor device, 2 ...
Claims (3)
該ヘテロコア部のクラッドの外周面に、負荷電性脂質からなる被覆膜を備え、該負荷電性脂質に作用する化合物を検知することを特徴とするヘテロコア光ファイバセンサ装置。 An optical transmission unit having a core and a cladding and a heterocore portion having a core and a cladding connected to the core and the cladding of the optical transmission unit, respectively, and the core of the heterocore portion has a smaller diameter than the core of the optical transmission unit. A heterocore optical fiber sensor device equipped with a fiber.
A heterocore optical fiber sensor device comprising a coating film made of a loaded electric lipid on the outer peripheral surface of the clad of the heterocore portion, and detecting a compound acting on the loaded electric lipid.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 細木 藍ら: "脂質膜を固定化したヘテロコア光ファイバの化学センシングへの応用", 電子情報通信学会 信学技報, vol. OFT2019-38, JPN6023040321, 4 October 2019 (2019-10-04), ISSN: 0005164621 * |
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